中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：虛擬電廠可對大規(guī)模新能源電力進(jìn)行高效利用，是電力行業(yè)未來極具潛力的發(fā)展方向。虛擬電廠現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r如何？如何發(fā)揮虛擬電廠的價(jià)值？虛擬電廠如何建設(shè)運(yùn)營？······聚焦行業(yè)熱點(diǎn)，我們的“朋友圈”在暢聊（往期推薦：“虛擬電廠大家談”）。本期，第三位作者胡倩將從現(xiàn)階段需求響應(yīng)面臨的關(guān)鍵問題切入，分析虛擬電廠可以提供的解決方案，歡迎您的交流和互動(dòng)。
導(dǎo)語
著眼于“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略下中國新型電力系統(tǒng)的發(fā)展走向，需求響應(yīng)業(yè)務(wù)被賦予了如新能源消納、電力輔助服務(wù)市場發(fā)展支撐等全新的使命。盡管目前需求響應(yīng)服務(wù)試點(diǎn)工程已經(jīng)為需求響應(yīng)服務(wù)發(fā)展累積了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但大規(guī)模復(fù)制和推進(jìn)還面臨諸多瓶頸。
以“實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)可調(diào)負(fù)荷精準(zhǔn)管控、提高用戶參與需求響應(yīng)積極性”為出發(fā)點(diǎn)，強(qiáng)化負(fù)荷調(diào)控能力、促進(jìn)可再生能源消納的“虛擬電廠”是推進(jìn)需求響應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的有效手段。
本文從“虛擬電廠”對電力需求響應(yīng)的應(yīng)用價(jià)值入手，分析“虛擬電廠”如何進(jìn)一步支撐電力需求響應(yīng)業(yè)務(wù)的推廣建設(shè)。
電力需求響應(yīng)的現(xiàn)狀和問題
電力需求響應(yīng)通過采取補(bǔ)貼和價(jià)格激勵(lì)等措施，讓可調(diào)節(jié)、可轉(zhuǎn)移、可削減的用戶負(fù)荷主動(dòng)削減用電高峰時(shí)段用電負(fù)荷，增加低谷時(shí)段用電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)平抑峰谷用電負(fù)荷，提高新能源消納能力，保障供電可靠性的目的。
隨著電力市場化改革的推進(jìn)，電力需求響應(yīng)業(yè)務(wù)豐富了電力市場化交易種類，從緊急需求響應(yīng)向常態(tài)化的調(diào)峰、調(diào)頻和清潔能源消納轉(zhuǎn)型，向無感知柔性調(diào)控、供需友好互動(dòng)階段發(fā)展。雖然近年來我國電力需求響應(yīng)業(yè)務(wù)的發(fā)展累積了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但要執(zhí)行大規(guī)模推廣和應(yīng)用還存在一些問題。主要表現(xiàn)在以下方面：
（一）參與需求響應(yīng)用戶的種類和數(shù)量較少
隨著我國市場化售電逐步推進(jìn)，需求響應(yīng)業(yè)務(wù)的參與者將逐漸豐富，如電網(wǎng)公司、政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)、負(fù)荷聚合商、服務(wù)廠商、代理商、系統(tǒng)運(yùn)營商、第三方機(jī)構(gòu)、各用戶等。
但從現(xiàn)階段來看，參與主體仍為部分大工業(yè)大用戶和企業(yè)用戶，儲(chǔ)能用戶、分布式光伏運(yùn)營商、園區(qū)物業(yè)等仍亟待加快入場。整體來說，參與需求響應(yīng)的用戶種類和數(shù)量仍然偏少。
在此背景下，需要盡快判斷哪些類別的用戶適合參與需求響應(yīng)，評估其響應(yīng)的頻次和響應(yīng)容量的潛力，以便能夠定向地宣傳，推動(dòng)用戶更加積極主動(dòng)地參與需求響應(yīng)。
（二）參與需求響應(yīng)用戶的參與動(dòng)力不足
現(xiàn)階段參與需求響應(yīng)的企業(yè)用戶整體參與度較低，積極性不足。主要原因在于宣傳力度不夠，潛力分析和挖掘不足，沒有讓用戶看到利益點(diǎn)。
與此同時(shí)，目前我國大多是依托半行政化的有序用電體系開展需求響應(yīng)項(xiàng)目，對于較為分散的各類小負(fù)荷還無法有效進(jìn)行統(tǒng)籌聚合，該部分用戶的參與主動(dòng)性也明顯不足。
以居民用戶為例，由于居民用戶用電負(fù)荷整體不高，缺乏參與的主動(dòng)性。如果存在一個(gè)有效的體系，能把一定區(qū)域內(nèi)的居民負(fù)荷都聚集起來，共同參與需求響應(yīng)，亦可達(dá)到超出預(yù)期的效果。
總體來說，參與需求響應(yīng)用戶動(dòng)力不足的原因還在于為用戶提供的業(yè)務(wù)功能不夠精細(xì)，用戶可選擇的業(yè)務(wù)種類不多，難以滿足各種用戶因自身用能習(xí)慣所產(chǎn)生的不同需求。
（三）削峰填谷能力不強(qiáng)
目前，除了調(diào)度部門根據(jù)用電容量下發(fā)的緊急需求外，其他需求響應(yīng)執(zhí)行依賴于電力單位規(guī)定的峰谷時(shí)間段，響應(yīng)的及時(shí)性難以保證。如一些特殊氣候突發(fā)情況導(dǎo)致峰谷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，而需求響應(yīng)還在迎合未發(fā)生變化的人為制定的峰谷時(shí)段，顯然就發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。
與此同時(shí)，執(zhí)行的需求響應(yīng)項(xiàng)目類別多，對需求響應(yīng)信息化項(xiàng)目的建設(shè)廠商也提出了較大的挑戰(zhàn)，各類信息化系統(tǒng)和各方交互管理也需要在不斷地優(yōu)化和完善中，逐步支撐需求響應(yīng)更高效、更經(jīng)濟(jì)、更穩(wěn)定。
通過對當(dāng)前需求響應(yīng)存在的問題的總結(jié)分析，我們發(fā)現(xiàn)，虛擬電廠對于解決需求響應(yīng)推廣難的問題有著諸多優(yōu)勢，是一種落實(shí)需求響應(yīng)較好的選擇。
什么是虛擬電廠
傳統(tǒng)模式下，電廠通過緊急啟用備供的發(fā)電資源，同時(shí)強(qiáng)制停止部分用戶用電，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)在可通過“虛擬電廠”，聚集分布式電源、可轉(zhuǎn)移、調(diào)節(jié)、削減負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置等資源。
在用電高峰期或出現(xiàn)緊急負(fù)荷需求時(shí)，通過相關(guān)信息化聚合平臺(tái)將分布式電源、可調(diào)節(jié)、可轉(zhuǎn)移、可削減負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置聚合成一個(gè)虛擬的“電廠”，將分散的大量可中斷、可轉(zhuǎn)移的用電負(fù)荷聚合起來，實(shí)行精細(xì)化統(tǒng)一管理，進(jìn)行供用電的運(yùn)行和調(diào)度，解決電力供需平衡的矛盾，消納分布式能源并降低供用電成本，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。圖片
虛擬電廠在電力需求響應(yīng)的價(jià)值
虛擬電廠在支撐電力需求響應(yīng)方面，可在供電負(fù)荷高的時(shí)間段，自動(dòng)發(fā)起需求響應(yīng)指令，通知參與響應(yīng)的用電戶調(diào)節(jié)負(fù)荷，大工業(yè)園區(qū)、一般工商業(yè)、社區(qū)居民等用電戶自動(dòng)接收需求響應(yīng)指令后，通過虛擬電廠制定的需求響應(yīng)策略控制調(diào)整用電設(shè)備，并自動(dòng)反饋需求響應(yīng)結(jié)果。
虛擬電廠能夠?qū)烧{(diào)負(fù)荷設(shè)備實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、快速、高效的動(dòng)態(tài)調(diào)控，助力用戶快速完成需求響應(yīng)，有效解決可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性給大電網(wǎng)帶來的安全隱患，高效消納能源，節(jié)能省錢。應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在以下方面：
（一）挖掘需求響應(yīng)用戶
1、基于大數(shù)據(jù)挖掘潛力用戶
虛擬電廠在組建時(shí)，首要的任務(wù)就是利用大數(shù)據(jù)分析各類用戶的用電習(xí)慣，然后與當(dāng)前需求響應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匹配，挖掘出合適的用戶種類，定向與具體的用戶開展聚合談判，爭取用戶成為虛擬電廠的負(fù)荷資源。
2、多維負(fù)荷資源庫搭建
面向虛擬電廠平臺(tái)覆蓋區(qū)域，聚合區(qū)域內(nèi)多元可調(diào)負(fù)荷，搭建多維負(fù)荷資源庫，完成簽約用戶的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的入庫建檔工作，接入用戶側(cè)資源主要包括四部分，分別是商業(yè)樓宇、工業(yè)大用戶、分布式能源和電動(dòng)汽車充電設(shè)施等。支撐電力用戶需求響應(yīng)、電網(wǎng)公司調(diào)峰調(diào)頻實(shí)時(shí)應(yīng)急控制等服務(wù)，規(guī)模化開展多元可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與電網(wǎng)尖峰負(fù)荷削峰，引導(dǎo)電力用戶調(diào)整用電方式、用電時(shí)間、用電行為，節(jié)約用電成本的同時(shí)收獲一部分補(bǔ)貼。
（二）提高用戶參與的動(dòng)力
1、通過聚合用戶提高居民用戶參與積極性
虛擬電廠通過聚合居民用戶，發(fā)揮規(guī)模效益，讓參與的用戶享受到以大平臺(tái)放大作用引起的聚合效果，提高用戶參與的動(dòng)力，解決需求響應(yīng)在小用戶方面的動(dòng)力不足問題。
2、實(shí)現(xiàn)負(fù)荷資源的精細(xì)化管理
目前的需求響應(yīng)模式中，有海量零散的可轉(zhuǎn)移、可調(diào)節(jié)的負(fù)荷資源能夠聚合起來統(tǒng)一管理，可根據(jù)用戶負(fù)荷特性，更精準(zhǔn)的分析和刻畫需求側(cè)的負(fù)荷基線，準(zhǔn)確評估出用戶的實(shí)際響應(yīng)潛力并制定高效的需求響應(yīng)策略，分析和評估需求響應(yīng)的收益情況，在需求響應(yīng)決策制定過程中，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷資源的精細(xì)化管理，優(yōu)化需求響應(yīng)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)及效率，為每一種類型的需求響應(yīng)組合最優(yōu)負(fù)荷資源。
（三）培養(yǎng)用戶削峰填谷的能力
1、將分散的海量可調(diào)節(jié)用電負(fù)荷聚合并進(jìn)行精細(xì)化統(tǒng)一管理
虛擬電廠通過接入商業(yè)樓宇、大工業(yè)園區(qū)、分布式能源、電動(dòng)汽車等可轉(zhuǎn)移、可中斷的海量負(fù)荷資源，通過信息化手段、數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中管理，精準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制，最大程度提高區(qū)域內(nèi)需求響應(yīng)效率。
2、靈活的機(jī)制能夠隨時(shí)影響負(fù)荷變化需求
虛擬電廠可以隨著負(fù)荷變化隨時(shí)啟停，避免了需求響應(yīng)時(shí)因行政確定的峰谷與實(shí)際負(fù)荷脫節(jié)引起的發(fā)力錯(cuò)位，對需求響應(yīng)執(zhí)行效果進(jìn)行了有效彌補(bǔ)。
3、發(fā)揮平臺(tái)作用
（1）精細(xì)管理。虛擬電廠通過平臺(tái)來放大需求響應(yīng)用戶的能力，起到事半功倍的效果，放大了用戶的收益，也放大對負(fù)荷調(diào)節(jié)的作用。
虛擬電廠可在需求響應(yīng)決策制定過程中實(shí)現(xiàn)負(fù)荷資源的精細(xì)化管理，優(yōu)化需求響應(yīng)項(xiàng)目的類型及頻次，為每一種類型的需求響應(yīng)組織相應(yīng)的負(fù)荷資源；更精準(zhǔn)地分析和刻畫需求側(cè)的負(fù)荷基線，準(zhǔn)確地評估出用戶的實(shí)際響應(yīng)潛力并制定高效的需求響應(yīng)策略，分析和評估需求響應(yīng)的收益情況。建立實(shí)時(shí)性事務(wù)處理模塊，逐步縮短需求響應(yīng)項(xiàng)目通知的時(shí)限，提高需求響應(yīng)效率。
（2）精準(zhǔn)預(yù)測。虛擬電廠平臺(tái)通過大數(shù)據(jù)對經(jīng)營區(qū)域的可再生能源發(fā)電能力進(jìn)行預(yù)測，提前制定參與需求響應(yīng)的策略，提供響應(yīng)精度。
（3）實(shí)時(shí)邀約?；谔摂M電廠平臺(tái)開展邀約型需求響應(yīng)服務(wù)，處理包括參與需求響應(yīng)申請、需求響應(yīng)競價(jià)、需求響應(yīng)執(zhí)行和補(bǔ)貼發(fā)放等流程，支撐電力用戶參與電網(wǎng)削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，從而降低用戶用能成本并獲取補(bǔ)貼收益。
虛擬電廠助力負(fù)荷資源需求響應(yīng)場景
針對不同的響應(yīng)模式，虛擬電廠能夠?qū)崿F(xiàn)資源管理、響應(yīng)能力分析、申報(bào)、執(zhí)行、效果評估、補(bǔ)貼申辦等，在響應(yīng)接入、響應(yīng)過程管理中更加方便快捷。
（一）負(fù)荷資源庫搭建的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用
完成簽約用戶的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的入庫建檔工作，接入用戶側(cè)資源主要包括以下幾個(gè)部分：
1、商業(yè)樓宇
此類型用戶可調(diào)負(fù)荷主要是中央空調(diào)，因此將中央空調(diào)作為主要參與需求響應(yīng)對象。虛擬電廠可根據(jù)氣溫等氣象信息開展空調(diào)負(fù)荷預(yù)測，實(shí)現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷調(diào)度管理、批量化聚合等功能，規(guī)?；瘜?shí)現(xiàn)需求響應(yīng)。
商業(yè)樓宇參與需求響應(yīng)方案如下圖3“多維負(fù)荷資源庫構(gòu)建方案圖”所示。
在用戶的空調(diào)控制室機(jī)房安裝虛擬機(jī)組控制器，虛擬機(jī)組控制器通過4G/5G專用VPN通道與虛擬電廠平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；在虛擬機(jī)組控制器旁安裝運(yùn)行狀態(tài)采集與分析模塊，與虛擬機(jī)組控制器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過遠(yuǎn)程控制或本地控制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)；增加空調(diào)機(jī)組負(fù)荷采集模塊，包含智能電能表及配套的電流互感器等；增加空調(diào)運(yùn)行控制模塊，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度管理。
2、工業(yè)園區(qū)
工業(yè)企業(yè)可調(diào)負(fù)荷接入虛擬電廠管控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)負(fù)荷柔性調(diào)控，支撐虛擬電廠平臺(tái)開展清潔能源消納、調(diào)度應(yīng)急控制和需求響應(yīng)調(diào)控。
此類型用戶可調(diào)負(fù)荷主要包括工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、空調(diào)負(fù)荷等，為了參與實(shí)時(shí)需求響應(yīng)調(diào)控，工業(yè)企業(yè)需實(shí)時(shí)監(jiān)測具體可調(diào)設(shè)備及產(chǎn)線，設(shè)置用戶分路用電監(jiān)測及可調(diào)設(shè)備監(jiān)控。
工業(yè)企業(yè)參與需求響應(yīng)方案如上圖3“多維負(fù)荷資源庫構(gòu)建方案圖”所示.
虛擬機(jī)組控制器可根據(jù)當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷、運(yùn)行狀態(tài)、各類時(shí)間變量，運(yùn)用邊緣計(jì)算能力，實(shí)時(shí)計(jì)算該工業(yè)企業(yè)的各可調(diào)負(fù)荷資源設(shè)備的需求響應(yīng)能力以及總的需求響應(yīng)能力，包含可調(diào)容量數(shù)據(jù)、需求響應(yīng)準(zhǔn)備時(shí)間、需求響應(yīng)可持續(xù)時(shí)間等，并上報(bào)給虛擬電廠平臺(tái)。虛擬電廠根據(jù)負(fù)荷預(yù)測和峰谷時(shí)段預(yù)測等，生成需求響應(yīng)策略，促進(jìn)企業(yè)用戶需求響應(yīng)更高效。
3、分布式能源
開展分布式能源接入虛擬電廠管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分布式光伏可觀可測可調(diào)可控，同時(shí)優(yōu)化采集終端程序，實(shí)現(xiàn)低壓光伏用戶和專變光伏用戶的分鐘級(jí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)光伏用戶的剛性和柔性控制。
此類型用戶參與需求響應(yīng)方案如上圖3“多維負(fù)荷資源庫構(gòu)建方案圖”所示。需安裝虛擬機(jī)組控制器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，虛擬機(jī)組控制器通過4G/5G專用VPN通道，實(shí)現(xiàn)分布式能源數(shù)據(jù)和虛擬電廠平臺(tái)互動(dòng)傳輸，支撐多能互補(bǔ)，輔助電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻。
4、電動(dòng)汽車
對于安裝在居民社區(qū)中的“聯(lián)網(wǎng)通辦”私人充電樁，通常是可調(diào)負(fù)荷的慢充充電樁，依據(jù)峰谷分時(shí)電價(jià)等經(jīng)濟(jì)措施和智能控制措施，將電動(dòng)汽車充電負(fù)荷引導(dǎo)到配電變壓器負(fù)荷低谷時(shí)段充電，提升配電電源利用率，降低充電費(fèi)用，降低電網(wǎng)調(diào)峰壓力。
對于充電場站等公用充電樁，通過充電電流批量調(diào)節(jié)等手段，形成虛擬負(fù)荷體，參與電網(wǎng)需求響應(yīng)。
此類型充電樁用戶參與需求響應(yīng)方案如上圖3“多維負(fù)荷資源庫構(gòu)建方案圖”所示。需安裝虛擬機(jī)組控制器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，虛擬機(jī)組控制器通過4G/5G專用VPN通道，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電樁數(shù)據(jù)和虛擬電廠平臺(tái)的互動(dòng)傳輸，使得用戶具備負(fù)荷調(diào)控響應(yīng)需求的能力。
（二）虛擬電廠平臺(tái)開展邀約需求響應(yīng)
基于虛擬電廠平臺(tái)開展邀約型需求響應(yīng)服務(wù)，支撐電力用戶參與電網(wǎng)削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，從而降低用戶用能成本并獲取補(bǔ)貼收益。負(fù)荷聚合商成立專門的運(yùn)營機(jī)構(gòu)來負(fù)責(zé)需求響應(yīng)業(yè)務(wù)，處理包括參與需求響應(yīng)申請、競價(jià)、執(zhí)行和補(bǔ)貼發(fā)放等流程。
虛擬電廠平臺(tái)需求響應(yīng)模塊接收調(diào)控需求指令后，制定調(diào)控策略、分解調(diào)控容量并下發(fā)給各負(fù)荷聚合商或者直接需求響應(yīng)用戶來執(zhí)行指令。
調(diào)控執(zhí)行完成后，向需求響應(yīng)主站反饋執(zhí)行結(jié)果信息和參與用戶明細(xì)信息等。基于虛擬電廠平臺(tái)開展邀約型需求響應(yīng)服務(wù)，其主要業(yè)務(wù)場景可以分為以下兩部分：
1、日常管控類
需求響應(yīng)日常管控類業(yè)務(wù)主要是基于需求響應(yīng)的事前準(zhǔn)備階段的業(yè)務(wù)場景，主要包括響應(yīng)預(yù)案管理、負(fù)荷資源管理（接入、監(jiān)測等）、響應(yīng)能力分析、響應(yīng)策略等幾大模塊。
電網(wǎng)公司發(fā)起需求響應(yīng)預(yù)案并接入和監(jiān)管負(fù)荷資源，政府審核電網(wǎng)公司發(fā)起的需求響應(yīng)預(yù)案，直接需求響應(yīng)用戶和負(fù)荷聚合商對響應(yīng)能力進(jìn)行分析并制定響應(yīng)策略，按照策略來執(zhí)行需求響應(yīng)，滿足約定削峰、實(shí)時(shí)削峰、約定填谷、實(shí)時(shí)填谷。
2、事件執(zhí)行類
需求響應(yīng)事件執(zhí)行類業(yè)務(wù)主要是基于需求響應(yīng)事中執(zhí)行、事后優(yōu)化迭代的業(yè)務(wù)場景，主要包括響應(yīng)事件管理、響應(yīng)執(zhí)行、響應(yīng)效果評估、響應(yīng)補(bǔ)貼管理等幾大場景。
電網(wǎng)公司根據(jù)虛擬電廠平臺(tái)的負(fù)荷預(yù)測情況，發(fā)起需求響應(yīng)邀約，響應(yīng)事件包括向電網(wǎng)用戶推送響應(yīng)潛力分析情況、策略輔助決策等，電網(wǎng)用戶邀約執(zhí)行響應(yīng)；和電網(wǎng)公司就直接需求響應(yīng)用戶和負(fù)荷聚合商的響應(yīng)執(zhí)行情況來評估響應(yīng)的有效性，政府相關(guān)機(jī)構(gòu)審核補(bǔ)貼，審核通過后電網(wǎng)公司發(fā)放補(bǔ)貼。
結(jié)語
“虛擬電廠”既可以輔助消納大量可再生能源，亦可以支撐電網(wǎng)供電和用電達(dá)到供需平衡，從而解決需求響應(yīng)削峰填谷的問題，支撐多能互補(bǔ)、最大程度提升能源利用率、緩解電力緊張和能效偏低矛盾。
隨著新型電力系統(tǒng)的改革浪潮和電力數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，我國以虛擬電廠為生態(tài)的新模式、新技術(shù)將迅速崛起，筆者相信，虛擬電廠的高速發(fā)展將在十四五期間迎來高光時(shí)期。
【參考文獻(xiàn)】
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